特開 2024-30717 アクチエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024030717

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】アクチエータ

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/12 20060101AFI20240229BHJP

   A61G 7/018 20060101ALN20240229BHJP

【ＦＩ】

G01L5/12

A61G7/018

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022133791

(22)【出願日】2022-08-25

(71)【出願人】

【識別番号】000116666

【氏名又は名称】愛知電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】加藤 領一

(72)【発明者】

【氏名】谷 貴行

(72)【発明者】

【氏名】水野 敏樹

【テーマコード（参考）】

2F051

4C040

【Ｆターム（参考）】

2F051AA17

2F051AB08

4C040DD05

4C040EE01

(57)【要約】

【課題】ベッド上の人体の挙動や状態などを検出する手段を備えたアクチエータを提供する。
【解決手段】各ボトムを起伏又はフレームを昇降動作させるアクチエータ１に、当該アクチエータ１を構成する駆動ロッド３００の軸方向の振動を圧力として検出する圧電素子８を備える。当該圧電素子８の電圧出力の変化から各ボトム又はフレーム上の人体の挙動や状態、各ボトムの起伏動作又はフレームの昇降動作の異常を検出する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

各ボトムを起伏又はフレームを昇降動作させるアクチエータに、該アクチエータを構成する駆動ロッドの軸方向の振動を圧力として検出する圧電素子を備え、当該圧電素子の電圧出力の変化から各ボトム又はフレーム上の人体の挙動や状態、各ボトムの起伏動作又はフレームの昇降動作の異常を検出することができることを特徴とするアクチエータ。

【請求項2】

前記圧電素子は、圧電素子ホルダに取り付けられ、前記駆動ロッドの軸方向の振動を押圧体を取り付けた押圧体ホルダに伝達し、伝達された振動によって前記押圧体が前記圧電素子に押し付けられることによって、前記駆動ロッドの軸方向の振動を圧力として検出することを特徴とする請求項１記載のアクチエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動ベッド等の駆動に使用されるアクチエータに、ベッド上の人体の離着床などを検出する手段を備えた技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ベッド等を駆動する手段として、回転動作するモータを用いて、直線的な伸縮動作を実現するアクチエータが広く用いられている。当該アクチエータには、直線的かつ十分な力を発生させる手段として、モータの回転動作を送りねじを用いて直線動作に変換する機構がある。

【0003】

送りねじを用いた動力変換機構は、送りねじ機構全体を収納するケースに対して回転可能に保持され、雄ねじを有するシャフトと、シャフトの雄ねじに螺合装着され、シャフト上を直線的に移動する雌ねじ部材で構成される。また、雌ねじ部材は中空円筒に固定されており、シャフトに高速で低トルクの回転力を入力すると、中空円筒は、ケースに対して低速かつ高トルクでシャフトの軸方向に直線的に動く。

【0004】

前記シャフトを電気で駆動するモータを用いて動作させると、簡素で制御性に優れた直線動作装置を構成することができる。

【0005】

前記アクチエータにおいて、モータの回転軸をシャフトの回転軸と一致させて配置することが可能である。また、噛合した平歯車群またははすば歯車群を用いれば、モータの回転軸をシャフトの回転軸と異なり、かつ平行な位置に配置することが可能であり、より小型で高回転型のモータを採用したり、アクチエータの全長を抑制することが可能となる。このとき、噛合した平歯車群又ははすば歯車群における入力側と出力側で噛み合う歯数の比率を変えることで、モータの出力する回転トルクより高い回転トルクを歯車群によるトルク変換の結果としてシャフトに与えることができる。また、噛合した傘歯車を用いれば、モータの回転軸をシャフトの回転軸と直交する方向に配置することができる。また、噛合したウオーム歯車を用いれば、モータの回転軸をシャフトの回転軸と直交する方向で、かつ異なる平面上に配置することができる。
傘歯車またはウオーム歯車を用いた場合も、歯車群における入力側と出力側で噛み合う歯数の比率を変えることで、モータが出力する回転トルクより高い回転トルクを歯車群によるトルク変換の結果としてシャフトに与えることができる。

【0006】

アクチエータの主要な利用方法として、電動ベッドの駆動が挙げられる。このような電動ベッドは、地面に対して動かないメインフレームのほか、アクチエータによりメインフレームに対して相対動作するサブフレームを１つ以上有する。アクチエータの一端はメインフレームに、他端はサブフレームに取り付けられ、アクチエータの駆動ロッドが伸縮動作することにより、サブフレームはメインフレームに対して傾斜、垂直移動、または傾斜と垂直移動の組み合わせ動作する。サブフレーム上にはマットレスが設置され、サブフレームの動作に伴い、頭部、足部などにあたる部分のマットレスの上下動作やリクライニング動作をさせ、ベッド上の利用者の姿勢を変化させる。

【0007】

近年、省力化の観点から、利用者の電動ベッド上での挙動を安価かつ簡易な方法で把握したいとの要望が介護者より挙げられている。また、電動ベッド動作中にフレームに人体や点滴用器具などの異物が挟まれるなどの異常が発生した際に、速やかに把握することが望まれている。これらの要望に対処する方法として、荷重センサを利用して、シャフトにかかる力を測定する方法がある。荷重センサをアクチエータ本体に内蔵し、シャフトの軸方向にかかる力を直接測定することができれば、信頼性と応答性が高い測定を実現できる。

【0008】

軸方向の荷重を検出する荷重検出手段を備えた電動アクチエータの構成を開示した先行文献として、下記特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０２１－０３２８９１号公報

【0010】

図１２は、特許文献１に記載されたアクチュエータ９５０の主要部分の機能を示す構造図である。特許文献１に記載されたアクチュエータ９５０は、軸体９５１と、軸体９５１の直径が部分的に大きくなっている拡径部９５３により常時予圧荷重が負荷された、第１荷重センサ９５７および第２荷重センサ９５５を内蔵する。軸体９５１に、ボールねじのねじ軸として機能するねじ軸部９５２、軸体９５１の直径を部分的に大径とした拡径部９５３、雄ねじ部９５９が設けられる。雄ねじ部９５９には、ロックナット９６０が螺合される。また、ねじ軸部９５２には移動可能なナット９６４がボールを介して螺合する。駆動機構が駆動することにより、ナット９６４は軸体９５１の軸方向に移動する。

【0011】

第１荷重センサ９５７および第２荷重センサ９５５は、いずれも略円筒形である。 第１荷重センサ９５７および第２荷重センサ９５５は、筐体９６１の内径が部分的に小さくなっている縮径部９５６を挟み、かつ、軸体９５１が第１荷重センサ９５７の中空部分、第２荷重センサ９５５の中空部分、筐体９６１の縮径部９５６の中央を通るように配置される。第１荷重センサ９５７および第１軸受９５８は、縮径部９５６とロックナット９６０との間に挟み込まれている。第２荷重センサ９５５および第２軸受９５４は、縮径部９５６と拡径部９５３との間に挟み込まれている。すなわち、軸体９５１でねじ軸部９５２と螺合した移動可能なナット９６４がある側から、拡径部９５３、第２軸受９５４、第２荷重センサ９５５、縮径部９５６、第１荷重センサ９５７、第１軸受９５８、ロックナット９６０の順に、隣接する部材が接触しつつ並んでいる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

特許文献１に記載された電動アクチュエータにおいては、荷重を精密に測定できる反面、高価な荷重センサを使用する構成であり、製品の原価が高価になる。故に、利用者の電動ベッド上での挙動を安価かつ簡易な方法で把握したいとの介護者の要望に応えられるものではない。

【0013】

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、安価な部品を用いた簡素な構造でありながら、電動ベッドなどの利用者の挙動を把握することのできるアクチエータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明に基づくアクチエータは、駆動機構と、軸体と、前記軸体の回転により前記軸体に対して相対的に軸方向に移動可能なナットと、筐体と、圧電素子ホルダと、圧電素子と、押圧体を備える。また、前記圧電素子ホルダと前記圧電素子と前記押圧体は、前記軸体の回転軸の延長線上に配置される。

【0015】

前記駆動機構は、ねじ軸部を有する前記軸体に回転力を与える機能を有するもので、モータと歯車などで構成される。前記軸体は、軸方向に延在し、前記駆動機構により回転されるもので、一部に雄ねじを有する。

【0016】

移動可能なナットは、前記軸体の前記雄ねじに螺合する雌ねじを有し、前記軸体の回転により、前記軸体の軸方向に相対的に移動可能である。前記筐体は、前記軸体の一部と、前記駆動機構、圧電素子ホルダ、圧電素子、押圧体ホルダ、押圧体を収容する。

【0017】

前記押圧体ホルダは前記筐体に収容されて前記軸体による軸方向の荷重を受ける。前記押圧体は前記軸体と反対側の面に配置される。前記圧電素子は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛、窒化アルミニウムなどの強誘電体による結晶層を板状金属電極で挟んだ構造のもので、薄い円盤状の形状をしている。前記圧電素子は、前記圧電素子ホルダの、前記軸体側の面に配置される。このとき、前記圧電素子は、前記圧電素子ホルダにより直接、または略環状の支持部材により間接的に前記圧電素子ホルダに支持される。

【0018】

前記軸体の延長線上において、前記圧電素子ホルダと前記圧電素子の中央部との間には、前記軸体が前記押圧体ホルダに与える荷重または振動に基づく押圧体の押し付けによる撓みで、前記圧電素子ホルダと前記圧電素子が直接接触しない程度の空隙が設けられる。

【0019】

前記押圧体は、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、アクリルゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、熱可塑性エラストマーなどの弾性体が想定できるが、非弾性体であってもよい。押圧体は押圧体ホルダの押圧体取付部に固定され、他端が前記圧電素子の表面を押し付け可能に配置される。

【発明の効果】

【0020】

請求項１の発明によれば、各ボトムを起伏又はフレームを昇降動作させるアクチエータによって、各ボトムやフレーム上の人体の挙動や状態、各ボトムやフレームによる異物の挟み込み等の動作異常を検出することができる。

【0021】

請求項２の発明によれば、アクチエータの駆動ロッドに加わる荷重が圧電素子に直接加わることがないので、圧電素子の破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態１に係るアクチエータの構成を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態１に係るアクチエータの圧電素子付近を拡大した部分断面図である。

【図3】押圧体の構造の一例を示す図である。

【図4】押圧体の構造の他の一例を示す図である。

【図5】押圧体の構造の他の一例を示す図である。

【図6】押圧体の構造の他の一例を示す図である。

【図7】アクチエータのベッド装置への使用例を示す図である。

【図8】圧電素子が出力する電圧の時間的変化を測定する回路の例を示す模式図である。

【図9】挟み込み時の圧電素子の電圧出力の時間的変化を示すグラフである。

【図10】離床／着床時における圧電素子の電圧出力の時間的変化を示すグラフである。

【図11】心電図と、心弾動のよる圧電素子の電圧出力の時間的変化を示すグラフである。

【図12】アクチュエータにかかる荷重を検出する従来の構成を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施例を説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

【0024】

図１は、本発明の実施形態１に係るアクチエータの構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態１に係るアクチエータ１は、軸体２と、移動可能なナット３と、筐体４と、ベアリングユニット５と、クラッチユニット６と、圧電素子ホルダ７と、圧電素子８と、押圧体９を備える。

【0025】

軸体２は、駆動機構により回転動作される。駆動機構は、モータ１０と、モータ１０の動力を減速しつつ軸体２に伝達する減速機構部１１から成る。図１による実施形態１においては、減速機構部１１は互いに噛合するウオームギヤとはすば歯車からなり、高速かつ低トルクであるモータ１０の回転出力を減速しつつ、モータ１０の回転軸と直角（略直角を含む）かつ異なる平面に配置された軸体２に動力を伝達する。

【0026】

モータ１０の回転軸と軸体２の回転軸は、平歯車又ははすば歯車、傘歯車、可撓性チューブまたはユニバーサルジョイントを用いることで、モータ１０の回転軸と軸体２の回転軸の位置関係を、それぞれ平行、同一平面状での直交、同一又は同一でない平面上での任意角度での交差のいずれの配置とすることも可能である。

【0027】

モータ１０が十分な回転トルクを出力することが可能で、減速によるトルク増加を必要としない場合には、モータ１０の回転軸を軸体２と一体化させたり、モータ１０の回転軸と軸体２を可撓性チューブまたはユニバーサルジョイントで直結することで減速機構部を省略しても、本発明に関して実施形態１と同様の効果が得られる。

【0028】

図２は、本発明の実施形態１に係るアクチエータの圧電素子付近を拡大した部分断面図である。軸体２は、回転軸方向に延在している。軸体２には、前記軸方向の一方側から順に、クラッチ支持部２０１、ベアリング支持部２０２、縮径部２０３、セレーション加工部２０５、雄ねじ加工部２０７が設けられている。

【0029】

クラッチ支持部２０１は、軸体２の一方の端付近に配置され、軸体２の外周に配置されたクラッチユニット６が動作した時に限り、軸体２の回転をクラッチユニット６に伝達する。

【0030】

ベアリング支持部２０２は、軸体２がベアリングユニット５により筐体４に対して回転可能に支持される部分である。

【0031】

縮径部２０３は、軸体２のうち他の部分より直径を細く、かつ均一な太さになるように加工された部分である。縮径部２０３の外周には、縮径部と同軸かつ軸方向に同じ位置に配置された止め輪２０４が配置される。止め輪２０４の内周面は、縮径部２０３の外周面に対して、摩擦により移動不能に固定される。

【0032】

止め輪２０４の側面は、隣接した位置に配置されたベアリングユニット５を構成する部品である内輪５０１に接触しており、軸体２外周においてベアリングユニット５が軸体２の軸方向に移動することを抑制する。

【0033】

セレーション加工部２０５はモータ１０からの動力を軸体２に伝達するための歯車２０６を軸体２に対して回転不能に固定するために、軸体２の表面にセレーション加工を施した部分であり、加工しない場合に比べ軸体２の外周面と歯車２０６の内周面の間での噛み合いの関係を保っている。軸体２へのセレーション加工後、駆動機構の一部を構成する歯車２０６は、セレーション加工部２０５に焼き嵌めまたは圧入されることで取り付けられる。なお、セレーション加工部２０５は一例であり、スプライン加工部としたり、キー結合としてもよい。

【0034】

雄ねじ加工部２０７は、塑性加工や切削などにより軸体２に雄ねじを形成させた部分であり、移動可能なナット３に施された雌ねじと螺合して、移動可能なナット３を軸体２の軸方向に移動可能に支持する。

【0035】

移動可能なナット３は、雄ねじ加工部２０７の雄ねじに螺合して筐体４に対して軸体２の軸方向にのみ直線的に移動可能であるが、使用時は回転しない。

【0036】

図１に示す駆動ロッド３００は、移動可能なナット３を一端に固定された中空円筒で、移動可能なナット３が軸体２に軸方向に移動するのに伴い、筐体４の一端に取り付けられた外筒３０１の内面を軸体２の軸方向に移動しつつ、一部を外筒３０１の端部より突出させる。駆動ロッド３００で移動可能なナット３がない側の先端付近側面には、ロッド側取付孔３０２が空けられている。ロッド側取付孔３０２はどのような形状でもよいが、円形や楕円形、多角形などが例示できる。当該ロッド側取付孔３０２は、外筒３０１の中心軸に対して対向する２か所に原則として同一寸法で設けられる。

【0037】

外筒３０１の中心軸に対して対向する２か所に原則として同一寸法で設けられたロッド側取付孔３０２には、図示しないピンなどを通すことが可能であり、ベッドのサブフレーム等、相対運動させる２つの駆動対象物のうちの片方に取り付けることが可能である。

【0038】

図１に示す筐体４は、モータ１０と減速機構部１１から成る駆動機構のほか、軸体２、ベアリングユニット５、クラッチユニット６、圧電素子ホルダ７、圧電素子８、押圧体９など、アクチエータ１を構成する部品の大半を収納する。筐体４は金属またはプラスチックで形成されており、軸体２の軸の延長上である一端に筐体側取付孔４００が空けられている。

【0039】

筐体４の内面には、図２に示すように押圧体ホルダ９０１と接触する接触面４０１がある。外力による圧縮力がアクチエータ１にかけられ、ロッド側取付孔３０２および筐体側取付孔４００を介して軸体２を軸方向に圧縮した際、押圧体ホルダ９０１にかけられた軸体２の軸方向の力は、接触面４０１を介して筐体４に伝えられる。

【0040】

図２に示すベアリングユニット５は、内輪５０１、複数のボールベアリング５０２、内輪５０１と同一軸上に配置された外輪５０３からなる。ベアリングユニット５において、内輪５０１の外周および外輪５０３の内周に設けられた溝の中を硬質の球である複数のボールベアリング５０２が転動することで、内輪５０１の回転軸に直交する方向に力がかかった状態であっても、極めて少ない摩擦で内輪５０１と外輪５０３の間で相対的な高速回転運動をさせることができる。

【0041】

図１および図２に示すタイプのベアリングユニット５は、一般的に回転軸に直交する方向の荷重が大きい用途向きのものであるとされる。しかしながら、図１および図２に示すタイプのベアリングユニット５であっても、軸方向にかかる荷重を軸体２、止め輪２０４、内輪５０１、ボールベアリング５０２、外輪５０３、クラッチユニット６、押圧体ホルダ９０１という順に伝達させることで、軸体２の軸方向にかけられた圧縮荷重、すなわちアクチエータ１全体にかけられた圧縮荷重を押圧体ホルダ９０１まで伝達させることが可能である。

【0042】

図２に示すクラッチユニット６は、軸体２と同一軸上に配置され、ベアリングユニット５を構成する外輪５０３と接触している。クラッチユニット６のクラッチ６００が作動してない場合、軸体２が回転していてもクラッチユニット６を構成するクラッチ６００、クラッチホルダ６０１、クラッチ側摩擦材６０２は筐体４に対して静止する。

【0043】

一方、クラッチ６００が作動する際、クラッチユニット６を構成するクラッチ６００、クラッチホルダ６０１、クラッチ側摩擦材６０２は軸体２とともに回転する。クラッチ側摩擦材６０２は、圧電素子ホルダ７に対して移動不能に固定されたブレーキホルダ６０３に取り付けられたブレーキ側摩擦材６０４と常時接触している。このため、クラッチ側摩擦材６０２とブレーキ側摩擦材６０４が相対的な回転運動を行っているか否かを問わず、クラッチユニット６に軸方向の圧縮荷重がかけられた際に、クラッチ側摩擦材６０２とブレーキ側摩擦材６０４を通じて、押圧体ホルダ９０１に軸方向の圧縮荷重を伝達することができる。

【0044】

押圧体ホルダ９０１は、略有底中空円筒形状の部材であり、その開口端が筐体４内面の接触面４０１に接触するように配置される。押圧体ホルダ９０１は、その外周縁が筐体４内面の接触面４０１に接触することで支持されるため、押圧体ホルダ９０１の外周縁は、筐体４に対して実質的に移動不能に固定される。押圧体ホルダ９０１が軸体２の軸方向の圧縮荷重を受けた際、押圧体ホルダ９０１や筐体４にひずみが発生する。

【0045】

押圧体ホルダ９０１のクラッチユニット６と反対側の面の中央には押圧体取付部９００があり、押圧体９が取り付けられている。

【0046】

圧電素子ホルダ７の、クラッチユニット６が位置する側の面の中央付近は圧電素子取付面７００があり、圧電素子取付面７００の更に中央部には窪み７０１がある。圧電素子取付面７００に圧電素子８を接着等で取り付けた場合であっても、窪み７０１による空隙のため、圧電素子８の中央部は圧電素子ホルダ７に直接接触しない。

【0047】

圧電素子ホルダ７と圧電素子８と押圧体９、押圧体ホルダ９０１は、軸体２の回転軸の延長線上に配置される。押圧体ホルダ９０１が軸体２の軸方向の圧縮荷重を受けて押圧体ホルダ９０１や筐体４にひずみが発生すると、押圧体９が圧電素子８に押し付けられる。

【0048】

押圧体９の形状は円錐形（図３参照）、頂点が切断された略円錐形（図４参照）、略半球（図５参照）、円柱形（図６参照）が例示できる。

【0049】

図４に示す略円錐形の頂点が円錐形の軸に直交する面で切断された面を有する押圧体９Ｂは、前記円錐形の軸に直交する面で切断された面９０３が図２に示す圧電素子８に押し付けられるので、圧電素子８が破損しにくい。

【0050】

また、押圧体９Ｂで前記円錐形の軸に直交する面で切断された面９０３が圧電素子８を押すとき、前記円錐形の軸に直交する面で切断された面９０３の面積は、前記円錐形の底面積より小さい。このため、アクチエータ１の軸体２にかかる力が小さくても、押圧体９Ｂが圧電素子８を押す際の接触面の圧力を十分に大きくさせることができ、圧電素子８に十分な出力を発生させることが可能となる。

【0051】

アクチエータ１を図示しない駆動対象物に取り付ける際、図１に示す筐体４の筐体側取付孔４００と、駆動ロッド３００の一端に設けられたロッド側取付孔３０２にそれぞれ通された図示しないピンなどを用いて、相対運動させる２つの図示しない駆動対象物に各１箇所ずつ取り付ける。筐体側取付孔４００とロッド側取付孔３０２にそれぞれピンなどを通して支持することで、２つの駆動対象物のいずれに対しても取付け後にアクチエータ１を変角自在に動作させることができる。

【0052】

図示しない駆動対象物にアクチエータ１を取り付ける際、アクチエータ１を構成する部品の重量の大半を筐体側取付孔４００で受けるため、２つの図示しない駆動対象物のうち動きが少ない側に筐体４の筐体側取付孔４００を、動きが多い側にロッド側取付孔３０２をそれぞれ取り付けることが好ましい。例えば、電動ベッドの駆動であればベッドのメインフレームに筐体４の筐体側取付孔４００を、ベッドのサブフレームにロッド側取付孔３０２をそれぞれ取り付けることが好ましい。また、逆であっても良い。なお、前記サブフレームが駆動対象物であり、本発明の各ボトムやフレームに当たる。

【0053】

図７は本発明のアクチエータをベッド装置に取り付けた場合を示す模式図である。アクチエータ１を構成する筐体４の筐体側取付孔４００をベッド１２のメインフレーム１３にピン１４を用いて取り付け、駆動ロッド３００の一端に設けられたロッド側取付孔３０２をベッド１２のサブフレーム１５にピン１６を用いて取り付ける。本発明を構成する主要な部品である圧電素子８および押圧体９はいずれも筐体４に収納されているため、本発明による荷重検出手段を付加しても、アクチエータ１の外形寸法を大型化することはない。

【0054】

図８は、圧電素子の電圧出力の時間的変化を測定する回路の例を示す模式図である。 圧電素子８は、円板形で強誘電性セラミックなどで構成された圧電体８００の表面に円板形電極８０１を、裏面に円板形電極８０２を接触させて配置したものであり、全体として薄い円板形をしている。圧電素子８を圧電素子ホルダ７に取り付ける方法としては、圧電素子外周側に接着剤を塗布して圧電素子取付面７００の外周側に接着する方法が考えられる。

【0055】

圧電素子８が押圧体９による反発力で圧縮されると、圧縮力の時間微分値に応じて圧電体８００内部で分極が起こり、圧電体８００の表面と裏面の間で電位差が発生する。すなわち圧電体８００に接触して表面に配置された円板形電極８０１と、圧電体８００に接触して裏面に配置された円板形電極８０２の間に電位差が生じる。このため、円板形電極８０１と円板形電極８０２の間に図８のように導体８０３、導体８０４、電気抵抗８０５を接続して、電気抵抗８０５の両端に生ずる電位差を電圧測定器８０６で経時的に測定すると、圧電素子８が押圧体９から受けた圧縮力の時間微分値の大小を把握することができる。

【0056】

一方、圧電素子８が押圧体９から受けた圧縮力が開放される際にも、圧縮した際と符号が逆である電圧を生じる。この場合も、図８の電気回路において電気抵抗８０５の両端に生ずる電位差を電圧測定器８０６で経時的に測定することで検出可能である。なお、圧電素子には極性があり、圧電素子にかかる荷重変化の向きに応じて出力電圧が＋側若しくは－側に出力される。

【0057】

図２に示すように、ロッド側取付孔３０２を通じて軸体２に軸方向の圧縮力が伝えられると、その圧縮力は止め輪２０４、ベアリングユニット５、クラッチユニット６の各部品を介して押圧体ホルダ９０１に伝達される。

【0058】

前記押圧体ホルダ９０１が前記軸体２の軸方向の圧縮荷重を受けると、押圧体ホルダ９０１は筐体４の接触面４０１を押し付け、筐体４や押圧体ホルダ９０１にひずみが生じる。このひずみの発生によって、押圧体ホルダ９０１に取り付けられた押圧体９が押圧体ホルダ９０１の微動または変形の量に応じた強さで、圧電素子８に押し付けられる。

【0059】

一般的に、圧電素子で荷重を検出する手法は、「荷重センサ」と呼ばれる、荷重の大きさに対して直線的な電気的出力を発生させるセンサを用いる手法に比べ、荷重検出の分解能や測定安定性の面で、不利であるとされている。また、圧電素子は、過度の圧縮、過度の荷重集中、表面を硬い物質でこする、などの動作で破損しやすい。

【0060】

本発明では、軸体２による荷重を金属等剛性が高い材質で製作された押圧体ホルダ９０１で受けることで、圧電素子８に直接軸体２による圧縮荷重がかからないよう工夫した。押圧体ホルダ９０１（又は筐体４）の変形を圧電素子８で検出することで、圧電素子８の破損を防ぎつつ、圧電素子８からの十分な電圧出力を得ることが可能である。

【0061】

以上のように構成した本発明のアクチエータは、圧電素子８の電圧出力の時間的変化によってベッド上の利用者挙動またはベッドの動作異常の判定が可能となる。図９に圧電素子８の電圧出力の時間的変化の一例を示す。図９（ａ）に示すように、ベッドの下降運転中に挟み込み障害（動作異常）が発生した場合、一時的に圧電素子８による出力電圧が上昇する。

【0062】

また、図１０に示すように、ベッドが動作していない時に利用者が着床すると、一時的に圧電素子８による出力電圧が下降し、ベッドが動作していない時に利用者が離床すると、一時的に圧電素子８による出力電圧が上昇する。

【0063】

また、図１１に示すように、ベッドが動作していない時に利用者が在床していると、ベッド上の利用者の心弾動に周期的な圧電素子８による出力電圧が発生する。なお、図１１において、上段の波形は心電図による波形であり、下段の波形が圧電素子８による出力電圧の波形である。

【0064】

このように、本発明のアクチエータによれば、圧電素子８の電圧出力からベッド上の利用者挙動又はベッドの動作異常を判定することができる。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明は、送りねじを用いた動力変換機構において、送りねじ軸にかかる動荷重を安価かつ簡素な構造で検出すること関して適用可能である。

【符号の説明】

【0066】

１ アクチエータ
２ 軸体
３ 移動可能なナット
４ 筐体
５ ベアリングユニット
６ クラッチユニット
７ 圧電素子ホルダ
８ 圧電素子
９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 押圧体
１０ モータ
１１ 減速機構部
１２ ベッド
１３ メインフレーム
１４ ピン
１５ サブフレーム
１６ ピン
２０１ クラッチ支持部
２０２ ベアリング支持部
２０３ 縮径部
２０４ 止め輪
２０５ セレーション加工部
２０６ 歯車
２０７ 雄ねじ加工部
３００ 駆動ロッド
３０１ 外筒
３０２ ロッド側取付孔
４００ 筐体側取付孔
４０１ 接触面
５０１ 内輪
５０２ ボールベアリング
５０３ 外輪
６００ クラッチ
６０１ クラッチホルダ
６０２ クラッチ側摩擦材
６０３ ブレーキワシャ
６０４ ブレーキ側摩擦材
７００ 圧電素子取付面
７０１ 窪み
８００ 圧電体
８０１、８０２ 円板形電極
８０３、８０４ 導体
８０５ 電気抵抗
８０６ 電圧測定器
９００ 押圧体取付部
９０１ プレート
９０２ 円錐形の頂点
９０３ 円錐形の軸に直交する面で切断された面
９０４ 曲面
９０５ 円筒形の端面
９５０ 特許文献１に記載されたアクチュエータ
９５１ 軸体
９５２ ねじ軸部
９５３ 拡径部
９５４ 第２軸受
９５５ 第２荷重センサ
９５６ 縮径部
９５７ 第１荷重センサ
９５８ 第１軸受
９５９ 雄ねじ部
９６０ ロックナット
９６１ 筐体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】